東龐礦6號(hào)煤防水閘門硐室圍巖注漿加固技術(shù)概述

摘 要 為加強(qiáng)煤礦防治水工作，防止和減少水害事故，保障煤礦職工生命安全和健康，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》規(guī)定，本文就東龐礦在6號(hào)煤防水閘門硐室施工過程中圍巖注漿加固技術(shù)進(jìn)行了分析，通過把新型錨注加固支護(hù)技術(shù)應(yīng)用到防水閘門圍巖注漿加固中后，提高了巷道圍巖體強(qiáng)度，使防水閘門硐室形成承載結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞 防水閘門硐室;圍巖注漿;加固技術(shù)

1 工程概述

東龐井目前已在-300m水平大巷南翼與二煤擴(kuò)延區(qū)下山連接處設(shè)1道防水閘門和1道防水預(yù)隔離。為提高礦井抗災(zāi)能力，設(shè)計(jì)在6號(hào)煤層投產(chǎn)前新增5處防水閘門，實(shí)現(xiàn)6號(hào)煤層與礦井主采的2號(hào)煤層生產(chǎn)區(qū)域預(yù)隔離。設(shè)置位置分別為：-300m南翼運(yùn)輸大巷向6100采區(qū)軌道石門處1道防水閘門（4MPa）、6100采區(qū)回風(fēng)上山上部1道防水閘門（4MPa）、6號(hào)煤集中帶式輸送機(jī)石門處1道防水閘門（6MPa）、6200采區(qū)軌道石門處1道防水閘門（6MPa）、6號(hào)煤層回風(fēng)繞道處1道防水閘門（6MPa）。根據(jù)所處的位置和歷年最高奧灰水位（+72m）差的壓力值計(jì)算得出防水閘門的承受水壓為4.87MPa。

為了保障防水閘門硐室圍巖整體性和安全性，特對防水閘門硐室開挖后巷道圍巖進(jìn)行錨注加固。

2 新性錨注加固技術(shù)原理

新型錨注加固支護(hù)技術(shù)是一種將現(xiàn)代注漿加固技術(shù)、柔性錨索加固技術(shù)與傳統(tǒng)錨噴支護(hù)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起的綜合支護(hù)技術(shù)方式。它包含了錨網(wǎng)加固技術(shù)和注漿加固技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上衍生出了許多新的特點(diǎn)，成為解決高應(yīng)力區(qū)破碎圍巖安全維護(hù)的有效手段，其顯著優(yōu)點(diǎn)如下：①與傳統(tǒng)錨噴支護(hù)技術(shù)中噴砼層的作用原理相比，漿液的注入能夠明顯改善巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量;漿液充填到巖石塊間的孔隙中，使破碎巖石塊重新膠結(jié)成一體，可以實(shí)現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，從而提高了巖體的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。②在錨注聯(lián)合加固支護(hù)體系中，由于漿液能夠與巖體及錨桿全面接觸，將桿體內(nèi)、桿體與鉆孔間隙、周圍巖體的縫隙全部充填滿，從而形成“網(wǎng)絡(luò)”效應(yīng)，如同自然界中樹木的主根與須根的共同固結(jié)作用一樣，使錨桿受力傳遞的可靠性和連續(xù)性得以充分保障。并通過漿液結(jié)石體“網(wǎng)絡(luò)”將力傳遞到圍巖之中，全面調(diào)動(dòng)了圍巖的自身承載能力，同時(shí)使錨桿、錨索自身的加固性能得以充分發(fā)揮。③注漿后，可以利用漿液封堵圍巖的裂隙，桿體與地下水、空氣間的聯(lián)系全部中斷，徹底阻止了銹蝕反應(yīng)，從而保證了錨桿的長期錨固能力，同時(shí)防止圍巖風(fēng)化和圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度，保證了支護(hù)體系的長期穩(wěn)定性。④在錨桿、錨索和漿液的共同作用下，注漿范圍內(nèi)的所有巖石被膠結(jié)加固成一個(gè)整體圓涵，即形成一個(gè)多層有效組合拱，包括錨噴網(wǎng)組合拱、錨桿鎖壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，保護(hù)著整個(gè)硐室（巷道）的自由空間。⑤長達(dá)數(shù)米的柔性錨索的加入，使錨注聯(lián)合加固支護(hù)體系中的“加固拱”厚度大增，而“加固拱”厚度的增加，使得支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸加大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減小，從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此能承受更大的荷載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。⑥注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效傳遞到兩墻，通過對墻的加固，又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱的厚度較大，這樣又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板巖石中的應(yīng)力，減弱底板的塑性變形，減輕底臌。底板的穩(wěn)定，有助于兩墻的穩(wěn)定，在底板、兩墻穩(wěn)定的情況下又能保持拱頂?shù)姆€(wěn)定;頂板的穩(wěn)定不僅僅取決于頂板荷載，在非破碎帶中關(guān)鍵取決于底板和兩墻的穩(wěn)定，因此注漿支護(hù)的又一個(gè)重點(diǎn)就是保證兩幫與底板的穩(wěn)定，從而保證在大構(gòu)造應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。

3 圍巖注漿加固方案

根據(jù)該段巷道圍巖實(shí)際情況，考慮注漿加固成本因素，本次圍巖注漿加固采用如下方案：首先挑頂、擴(kuò)幫、臥底后采用錨梁網(wǎng)加點(diǎn)錨索進(jìn)行支護(hù)，錨桿與巷道輪廓線夾角不小于75°，錨桿盤緊貼巖面，螺母上緊，底部幫錨桿托盤下部邊緣距巷底不大于100mm且向底板下扎30°，正頂布置一根點(diǎn)錨索，間排距1.6m×1.6m。錨桿均采用φ20×2400mm規(guī)格全長螺紋鋼錨桿，錨索采用φ17.8×8500mm鋼絞線。頂幫錨桿間排距為800×800mm，頂幫錨索間排距為1.5×1.5m，錨梁網(wǎng)支護(hù)完成后采用混凝土噴漿，噴厚50mm，砼強(qiáng)度等級不低于C20。

本次注漿加固采用深淺孔相結(jié)合方案分別外護(hù)巷段、內(nèi)護(hù)巷段、防水閘門主墻體段進(jìn)行圍巖注漿加固。首先采用水泥～水玻璃雙液漿對防水閘門硐室開挖巷道圍巖3m范圍進(jìn)行淺部注漿加固;其次進(jìn)行頂幫深孔（8m）水泥注漿加固，注漿壓力為7.5Mpa，深淺孔排距2.0m，深淺孔間距為2.5m，深淺孔交錯(cuò)布置。詳見防水閘門硐室深淺孔注漿加固平面圖1。

（1）外護(hù)巷段深淺孔注漿加固：外護(hù)巷段深淺孔排距2.0m，深淺孔間距為2.5m，深淺孔交錯(cuò)布置，孔徑42mm，每排5個(gè)，其中淺孔3個(gè)，深孔2個(gè)，巷道長度5m，共布置3排，合計(jì)15個(gè)孔，其中淺孔9個(gè)，深孔6個(gè)。

（2）內(nèi)護(hù)巷段深淺孔注漿加固：內(nèi)護(hù)巷段深淺孔排距2.0m，深淺孔間距為2.5m，深淺孔交錯(cuò)布置，孔徑42mm，每排6個(gè)，其中淺孔3個(gè)，深孔3個(gè)，巷道長度5m，共布置3排，共計(jì)18個(gè)孔，其中淺孔9個(gè)，深孔9個(gè)。

（3）防水閘門主墻體段深淺孔注漿加固：防水閘門主墻體段深淺孔排距2.0m，深淺孔間距為2.5m，深淺孔交錯(cuò)布置，孔徑42mm，每排9個(gè)，其中淺孔4個(gè)，深孔5個(gè)。巷道長度10m，共布置5排，共計(jì)45個(gè)孔，其中淺孔20個(gè)，深孔25個(gè)。

4 注漿材料選擇

注漿材料選用復(fù)合水泥漿材。復(fù)合水泥漿材是在425#普硅水泥～水玻璃雙液漿中加入一定比例的CFJ加固補(bǔ)強(qiáng)型注漿添加劑，以增強(qiáng)漿液滲透性、提高固結(jié)體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證注漿效果持久可靠。使得巷道圍巖、錨桿、錨索膠結(jié)為一個(gè)整體以控制巷道進(jìn)一步變形。

5 注漿加固預(yù)期效果

（1）提高巷道圍巖體強(qiáng)度。通過注漿，能夠改變?nèi)趺娴牧W(xué)性能，即提高裂隙與煤巖體之間的黏聚力和內(nèi)摩擦角，增大巖體內(nèi)部塊間相對位移的阻力，從而提高巖體的整體穩(wěn)定性。

（2）形成承載結(jié)構(gòu)。通過注漿加固，可以使松散巖體重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。

（3）改善賦存環(huán)境。漿液固結(jié)體封閉裂隙，阻止水汽侵入內(nèi)部巖體，防止水害和風(fēng)化對圍巖的進(jìn)一步影響，對保持圍巖力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定意義重大。

作者簡介

馬麗華（1980-），女，河北邢臺(tái)人;學(xué)歷：碩士，工程師，現(xiàn)就職單位：東龐礦地測科，研究方向：地質(zhì)及儲(chǔ)量管理工作。